Imagina que te encuentras con una vieja amiga en la estación de tren. Está de pie a aproximadamente un metro delante de ti y, en las vías a tu derecha, acaba de entrar un tren en la estación. Detrás de tu amiga ves una panadería. A menudo recordamos escenas así con todo lujo de detalles. Pero cómo lo hacemos exactamente al formar imágenes mentales ha sido durante mucho tiempo un misterio.
Muchos investigadores comparan el recuerdo de un episodio de la vida de una persona (memoria episódica) con volver a experimentar el acontecimiento original. No está claro cómo podría realizarse este proceso en el cerebro, a nivel de las células cerebrales individuales (neuronas). Ahora, nuestro nuevo estudio, publicado en eLife, propone una posible explicación.
Es posible medir la actividad de células cerebrales individuales. Los experimentos con roedores han demostrado que ciertas células se activan siempre que un animal se encuentra en un lugar concreto del entorno. Por tanto, estas células, llamadas «células de lugar», representan la posición de un animal en un entorno determinado.
Del mismo modo, otras células cerebrales se activan cuando un límite del entorno —como las paredes de una habitación— se encuentra a cierta distancia y en determinada dirección con respecto al animal. Estos hallazgos nos han dado pistas sobre cómo se representan las relaciones espaciales en el cerebro. Cuando te encuentras con tu amiga en la estación de tren, deberían activarse las células cerebrales que representan tu ubicación con respecto a la estación. De manera similar, otras células señalarían la presencia de «objetos» (como tu amiga, la panadería y el tren) a determinadas distancias y en determinadas direcciones con respecto a ti. Otras células señalarían la identidad de esos elementos. Sin embargo, no se sabe cómo podrían actuar todas estas células en conjunto para llevar a cabo los procesos mentales que intervienen en percibir, recordar e incluso imaginar acontecimientos de la vida.
En un nivel más abstracto, todos estos elementos —tu amiga, la panadería y el tren— y su disposición espacial forman en conjunto lo que los psicólogos denominan «una escena». El término «construcción de escenas» designa todos los procesos mentales que intervienen en percibir, recordar e incluso imaginar escenas. Por tanto, saber cómo trabajan juntas las distintas células permitiría comprender estas nociones abstractas a nivel celular.
La región del cerebro conocida como hipocampo se considera desde hace tiempo fundamental para la memoria. Sin embargo, se ha observado que los pacientes con lesiones en el hipocampo también tienen dificultades para imaginar escenas espaciales coherentes, lo que sugiere que imaginar experiencias espaciales está relacionado con la memoria. Posteriormente, las imágenes cerebrales han mostrado que imaginar experiencias nuevas y recordar recuerdos activan áreas cerebrales parcialmente coincidentes.
Sin embargo, las técnicas de neuroimagen suelen identificar regiones cerebrales que pueden contener millones de células, organizadas en muchas redes individuales que potencialmente representan información diferente. Por eso, resulta difícil determinar cómo se comportan las redes celulares individuales a partir de las imágenes cerebrales.
Modelar la memoria
Nuestro objetivo era reunir todas las pruebas disponibles a nivel de neuronas individuales y utilizarlas para modelar la codificación y el recuerdo de escenas que contenían elementos significativos (por ejemplo, tu amiga en la estación de tren). Para ello, asignamos funciones específicas a un gran número de células selectivas al espacio (como las células de lugar) y las conectamos entre sí mediante conexiones sinápticas en el modelo.
Ya se había planteado que las células cerebrales selectivas al espacio intervienen en la memoria, pero relacionarlas con nuestra experiencia reveló una discrepancia interesante. Las células selectivas al espacio representan los elementos de una escena con respecto a la propia escena. Es decir, codifican nuestra ubicación y la de los elementos de la escena en términos «centrados en el mundo». Para simplificar, podemos comparar este marco de referencia con los puntos cardinales: el tren está al sureste de la panadería, independientemente de nuestra propia posición y orientación.
Sin embargo, nuestra experiencia espacial directa al percibir una escena es de naturaleza «egocéntrica». Es decir, percibimos que el tren está a nuestra derecha y que nuestra amiga está delante de nosotros. Entonces, ¿cómo llegan las neuronas del hipocampo y sus alrededores a representar los límites del entorno y los objetos en un formato centrado en el mundo cuando memorizamos una escena?
Memorizar la disposición de una escena en términos centrados en el mundo tiene la ventaja de que solo hace falta memorizar un conjunto de información relacionada: por ejemplo, que el tren está al sureste de la panadería, independientemente de nuestra orientación (el tren podría estar a nuestra derecha o a nuestra izquierda, según hacia dónde miremos).
Transformación de las representaciones neuronales
Nuestro modelo muestra que esta transformación (de egocéntrica a centrada en el mundo) podría llevarla a cabo otra red de neuronas selectivas al espacio. Las neuronas que representan la ubicación de los objetos en el marco de referencia egocéntrico (delante, a la izquierda, a la derecha) activarían células de la red de transformación, que a su vez activarían las células que constituyen las representaciones centradas en el mundo. El fortalecimiento de las conexiones entre estas últimas células corresponde entonces a la consolidación de la memoria en el almacenamiento a largo plazo.
Es fundamental que este circuito de transformación también actuaría a la inversa: las neuronas que codifican recuerdos a largo plazo podrían reactivar las células que representaban las ubicaciones de los objetos en términos egocéntricos. En otras palabras, sería posible volver a experimentar un acontecimiento original más adelante. Por tanto, el modelo de memoria implementa una forma de imaginación, en la que las células activadas originalmente por la percepción durante el acontecimiento se reactivan después a partir del recuerdo. Es importante señalar que el contenido exacto de la reconstrucción depende de la orientación imaginada. Si el circuito de transformación activara las células que representan el tren a tu izquierda en lugar de a tu derecha, imaginaríamos que miramos hacia el sur y no hacia el norte.
El modelo nos permitió simular lesiones cerebrales tanto en humanos como en roedores y estudiar distintos aspectos de la amnesia. Por ejemplo, una lesión en el circuito de transformación puede impedirnos recordar algo. Curiosamente, nuestro modelo sugiere que el recuerdo todavía está técnicamente presente en el hipocampo y sus alrededores, pero la persona no podría reconstruir una imagen mental de él.
Aunque todavía es pronto para simular enfermedades específicas como el alzhéimer, el modelo puede ser un buen punto de partida para deducir cómo podría afectar a la cognición un daño cerebral difuso —que abarque varias áreas cerebrales con funciones distintas y contenga diferentes células selectivas al espacio—.
